1) Сигнальные белки, входящие в комплексы BCR и TCR. ITAM и ITIM мотивы, SH2 домен.
2) Корецепторы BCR и TCR.
3) Основные рецепторы сигналов костимуляции на В и Т клетках.
| Рецептор | BCR | TCR |
| Сигнальные белки, входящие в комплексы (они нужны, чтобы передавать сигнал внутрь клетки, тк у самих рецепторов нет внутриклеточных частей) | Igα, Igβ (на внутриклеточных частях есть сигнальные участки - ITAM) | CD3 (имеют 2 субъединицы: гамма или дельта и эпсилон), еще есть отдельная дзета - без внеклеточной части. На внутриклеточных частях есть сигнальные участки - ITAM |
| Корецепторы | CD21, CD19, CD18 - узнают результат работы комплемента (подтверждение для В-клеток, что есть патоген) | CD4, CD8 - неспецифически распознают антиген (узнают МНС, а не пептид; умеют различать МНСI и MHCII) |
| Основные рецепторы сигналов костимуляции | CD40 (связывается с лигандом CD40L, который экспрессируется Т-клеткой) | CD28 (взаимодействует с комплексом В7 на поверхности антиген-презентирующей клетки) |
FcR - рецепторы константных частей иммуноглобулинов
Про локализацию ITIM можно сказать, что есть у НК-клеток
SH2 - домен (Src-homologous) - структура, которая обеспечивает очень аффинное связывание с фосфорилированными тирозином, серином или треонином в составе ITАM и ITIM. Без фосфата нет взаимодействия!
4) Иммунологический синапс. устройство и биологическая роль
Иммунологический синапс - взаимодействие Т-клетки с антиген-презентирующей клеткой (АПК). При этом Т-лимфоцит плотно присасывается к клетке-мишени, в полость впрыскиваются цитокины - чтобы действовать локально. В синапсе также участвуют молекулы адгезии и костимуляции, рецепторы и корецепторы.
5) Роль киназы lck и фосфатазы CD45 в передаче сигнала от антигенных рецепторов лимфоцитов.
При инициации сигнала с TCR фосфатаза CD45 удаляет ингибирующий фосфат с киназы Lck. До этого в неактивном состоянии киназу Lck поддерживает киназа Csk. В неактивном состоянии киназа Lck свернута калачиком: ее SH2-домен связывается с ее же С-концевым фосфорилированным тирозином). После удаления ингибирующего фосфата киназа Lck изменяет конформацию, автоактивируется, фосфорилирует ITAM. ITAM с двумя фосфорилированными тирозинами - субстрат для Src-киназ с двумя SH2-доменами (например, киназа ZAP-70).
6) Основные физиологические последствия активации TCR.
Основные физиологические последствия активации TCR - фосфорилируются различные сигнальные молекулы (LAT и SLP-76), что приводит к:
● активации транскрипционных факторов (через PLCγ)
● повышению клеточной метаболической активности (через Act)
● полимеризации актина и реорганизации цитоскелета (через Vav)
● усилению адгезивных свойств поверхности: усилению “липкости” и кластеризации интегринов (через ADAP)
7) Внутриклеточный кальций и фосфолипиды в активации лимфоцитов. Семейства факторов транскрипции NFAT, NFkB и AP1 .
Активация факторов транскрипции идет через PLCγ - фосфолипазу гамма. Она расщепляет PIP2 (фосфатидилинозитолдифосфат) на IP3 (инозитолтрифосфат) и DAG (диацилглицерол).
IP3 открывает кальциевые каналы в ЭПР и внешней мембране. DAG остается на мембране и привлекает PKC-θ и RasGRP (RAS guanyl-releasing protein), которые запускают МАР-киназный каскад, в котором активируются транскрипционные факторы 3 семейств (это самые важные):
● NFAT (через кальций и кальциневрин); одна из молекул этого семейства - мишень циклоспорина А - вещества, которое способно селективно подавлять Т-клеточный ответ (важно при пересадке органов)
● NFkB (через PKC-θ и CARMA)
● AP1 (через RasGRP, RAS и каскады МАР-киназ)
8) Роль фосфатидилинозитол-3-киназы (PI3K) в костимуляции. Механизм действия CTLA-4.
Молекула костимуляции (В7) появляется в ответ на реакцию врожденного иммунитета. Она узнается молекулой CD28. Через участки с тирозином происходит привлечение и активация фосфатидилинозитол-3-киназы (PI3K). Результатом ее работы является PIP3. PLCγ активируется, только когда привлекается к мембране и садится там на PIP3, заякоренный в мембране.
CTLA-4 - антагонист CD28. Он конкурирует с CD28 за связывание с В7 и всегда побеждает, так как более эффективно связывается за счет того, что делает это кластерами. То есть в присутствии CTLA-4 CD28 не связывается с В7. У CTLA-4 внутри ITIM - ингибирующие сигналы.
9) Роль ИЛ-2 и альфа-цепи рецептора ИЛ-2 в активации цитотоксических Т-клеток.
Для активации Т-киллера обязательно одновременное физическое взаимодействие с той же дендритной клеткой, с которой взаимодействует Т-хэлпер. При взаимодействии Т-хэлпера с ДК в ДК выделяется молекула костимуляции для Т-киллера (ее запоминать не надо, но вы не сможете забыть - она называется “четыре ай бибил” 4-IBBL).
Очень важна сильная положительная обратная связь через ИЛ-2 и CD25 (альфа-цепь высокоаффинного рецептора ИЛ-2 на поверхности Т-киллера). Сначала ИЛ-2 выделяет Т-хэлпер, а потом ИЛ-2 вызывает выработку ИЛ-2 в самом Т-киллере. Так клон Т-киллеров сам подгоняет себя в росте при пролиферации.
ИЛ-2 - пример интеграции сигнальных путей в промоторе его гена. У него в промоторе есть сайты связывания всех транскрипционных факторов из вопроса 3, то есть чтобы его транскрипция шла хорошо, необходим и сигнал от TCR, и сигнал костимуляции - от CD28.
10) Лиганды активирующих и ингибирующих рецепторов NK клеток.
Ингибирующие рецепторы связываются с набором молекул MHCI. Это важно, когда NK-клетка учится распознавать свое - ее будет активировать отсутствие этих лигандов = “отсутствие своего”.
Активирующие рецепторы связываются со стресс-индуцированными лигандами. NK-клетка активируется в ответ на повышение экспрессии стрессорных белков ("стресс-индуцированное свое").
11) Логика развития лимфоцитов в первичных лимфоидных органах. Положительная и отрицательная селекция.
Пролиферация - экспрессия первой цепи Pre-B или Pre-T - снова пролиферация - экспрессия второй цепи (теперь есть полные антигенные рецепторы) - селекция (будущий лимфоцит элиминируется, если очень сильно связывается с антигеном либо не связывается вовсе).
Селекция в костном мозге: созревание В-клеток, экспрессирующих два иммуноглобулина - IgM и IgD + отбор клеток, реагирующих только на чужеродные антигены.
B-клетки, иммуноглобулиновые рецепторы которых способны взаимодействовать с собственными антигенами, либо погибают в результате апоптоза, либо приходят в состояние ареактивности (анергии).
Селекция в тимусе: Т-клетки экспрессируют или CD4 (будут хелперами), или CD8 (будут киллерами). Собственно селекция - по TCR-сигналу: если его нет или он сильный - клетка погибает. Если слабый - будет наивная Т-клетка, если умеренный - Т-регуляторная клетка.
12) Способы удаления из популяции зрелых лимфоцитов потенциально аутореактивных клонов. Редактирование антигенных рецепторов лимфоцитов.
Это было на примере В-лимфоцитов.
Если В-лимфоцит связался с растворенным аутоантигеном, то образуется анергичная В-клетка с с высоким уровнем экспрессии IgD (индукция анергии без костимуляции - механизм иммунологической толерантности).
Если В-лимфоцит связался со связанным с поверхностью аутоантигеном (на эритроцитах, МНС, то возможно редактирование рецептора в целях изменения специфичности (путем продолжения экспрессии RAG, перестройки генов легких цепей).
Если редактирование не получилось, апоптоз.
13) Первичный и вторичный иммунный ответ. Переключение с IgM на IgG, клетки памяти.
Первичный иммунный ответ - рецепторы лимфоцитов представлены IgM, низкая специфичность связывания с элементами патогенной архитектуры, IgM собран в пентамеры (первая встреча с патогеном, ответ развивается долго). Далее - выработка высокоспецифичного IgG (“подбором” - см. vdj-рекомбинацию), лимфоциты выбрасывают ген константной части IgM
Вторичный иммунный ответ - повторная встреча с патогеном, уже есть лимфоциты с нужным антигеном, ответ развивается очень быстро
Клетки памяти - лимфоциты, формирующие вторичный иммунный ответ
14) Особенности физиологии антигенных рецепторов B-1 и гамма-дельта-Т клеток, позволяющие отнести их к "врожденным лимфоцитам".
популяция клеток В1 – они развиваются в печени новорожденных . Там они производят IgM (при активации – растворимые ИгМ). У них ограничен репертуар специфичности, используют только некоторые V-гены. Изначально настроены на часто встречающиеся гликаны на поверхности бактерий, на некоторые собственные антигены (регуляция, супрессорные цитокины), на собственные стрессорные антигены (экспрессируются в случае повреждений). В1-клетки не формируют иммунологической памяти . Каждый раз, как первый раз. ИгМ всегда в одном и том же количестве.
В1 клетки добавляют мало нуклеотидов на стыки сегментов, репертуар их V-генов ограниченный. Находятся в перитонеальной и плевральной полостях. В отличие от В2 клеток, которые живут и гибнут и обновляются в КМ, В1 клетки, заселившись на свои места локации, самообновляются на месте. Умеют производить самопроизвольно на высоком уровне IgM, часто имеют специфичность к углеводородам. Не формируют памяти.
Гамма-дельта T‐клетки могут взаимодействовать с MHCIb, но не с классическими молекулами MHC, и не требуют процессинга антигена для распознввания.
Для большинства гамма-дельта T- клеток лиганды точно не известны.
Гамма-дельта клеток довольно много там же, где В1 клетки. Они необходимы для распознавания небольших фосфолипидов. Есть в перитонеальной полости, их много в эпидермисе кожи, и некоторые из них (которые в частности специфичны к белкам бутирофилинового семейства) выполняют роль распознавания стресса. Бутирофилины на периферии экспрессируются в результате стресса. Пока лиганда нет, экспрессируются иммуносупрессорные цитокины. А при появлении достаточного количества лиганда, включается запуск иммунного ответа. Не формируют иммунологической памяти, относятся к клеткам врожденного иммунитета.
15) Позитивная селекция CD4+ и CD8+ Т-клеток в тимусе. MHC-рестрикция.
В кортикальной зоне тимуса происходит позитивная селекция Т-клеток - удаление клеток, у которых очень слабый сигнал от TCR.
Положительной селекции подвергаются дважды положительные тимоциты (CD4+CD8+) Дважды положительные клетки очень чувствительны к апоптозу (в связи с низкой экспрессией ими антиапоптотических факторов, таких, как Вс1-2 и Bcl-XL). Для выживания клеткам нужна поддержка микроокружения. Сигнал, необходимый для выживания, тимоциты получают в ходе положительной селекции. Положительная селекция обеспечивает отбор только тех тимоцитов, которые экспрессируют TCR, обладающие сродством к молекулам МНС. Если TCR обладает сродством к молекуле МНС, тимоцит получает поддерживающий сигнал, основными результатами которого служат повышение экспрессии антиапоптотического фактора Вс1-2 и продвижение тимоцита по клеточному циклу. Внешний признак успешного прохождения тимоцитом положительной селекции - экспрессия маркера активации клетки CD69, а также молекул CD5, CD27 и костимулирующей молекулы CD28, сопровождающаяся повышением плотности экспрессии рецепторного комплекса TCR-CD3на поверхности клетки. Т-лимфоциты, рецепторы которых лишены сродства к МНС, подвергаются апоптозу «по умолчанию».
MHC-рестрикция – распознавание Т-лимфоцитами фрагментов антигенов только в контексте МНС (исключение - суперантигены).
МНС индивидуальны. Т-лимфоциты проходят позитивную селекцию на молекулах MHC, которые у каждого индивидуума свои, и пептидах, которые способны с этими аллелями связаться. У другого индивидуума набор молекул MHC будет другой, пептиды получатся тоже другие, в результате репертуар специфичностей зрелых лимфоцитов также будет отличаться.
Развитие тимоцитов зависит от MHC. если мы подсадим мышке рецепторы на МНС1, то на выходе мы увидим только цитотоксические Т-клетки. У развивающихся тимоцитов в принципе не будет шанса экспрессировать рецептор на MHC2. То же будет, если подсадим мышу рецептор на MHC2.
16) Негативная селекция тимоцитов. Aire и Fas/FasL.
Каким образом развивающимся тимоцитам удается показать все собственные антигены, опасные с точки зрения аутореактивности (это и есть негативная селекция)?
Было непонятно, пока не открыли ген AIRE – это фактор транскрипции, под контролем которого находится около 100 специфичных белков, которые он запускает время от времени в некоторых клетках тимусного эпителия. Индуцирует экспрессию органо- или тканеспецифических генов в тимусе:
Insulin (пожелудочная железа)
Interphotoreceptor retinoid-binding protein (IRBP) (глаз)
Odorant binding protein 1a (слезные железы)
Vomeromodulin (легкие)
Если запустить небольшую часть на некоторое время – ничего страшного не произойдет, но в итоге все покажем, что надо. Чтобы поставить ген под контроль AIRE, или убрать, надо просто поменять пару нуклеотидов в промоторном участке гена (легкая регуляция).
Это один из механизмов центральной толерантности. Очень легко настраиваемый - нужно всего лишь поменять несколько нуклеотидов в промоторе для регуляции.
Нарушения функции AIRE вызывают аутоиммунный полигландулярный синдром 1-го типа, или хронический кожно-слизистый кандидиоз (autoimmune polyendocrinopathy-candidiasis- ectodermal dystrophy, APECED) - редкое наследственное заболевание, характеризующееся аутоиммунным ответом на ткани разных органов, преимущественно эдокринных желез.
AIRE-зависимая экспрессия тканеспецифических антигенов в клетках тимусного эпителия - один из механизмов центральной толерантности .
Если тимоцит аутореактивный, то он точно рано или поздно во время созревания встретиться со своим пептидом, и будет уничтожен отбором.
FasL и Fas обеспечивают апоптоз (если не удалось перестроить рецептор лимфоцита). Это цитокин и его рецептор, обеспечивающие структурный (инструктивный?) апоптоз. Мыши-нокауты по этим генам - гипертолерантность лимфоцитов, аутоиммунное действие.
17) Роль цитокинов в дифференцировке Т-хелперов на периферии.
18) Негативные последствия несбалансированной дифференцировки Т-хелперов.
Центральными органами иммунной системы являются костный мозг и вилочковая железа (тимус). Это органы воспроизведения и селекции клеток иммунной системы. Здесь происходит лимфопоэз - рождение, размножение (пролиферация) и дифференцировка лимфоцитов до стадии предшественников или зрелых неиммунных (наивных) клеток, а также их
«обучение». Внутри тела человека эти органы имеют как бы центральное расположение.
У птиц к центральным органам иммунной системы относят сумку Фабрициуса (bursa Fabricii), локализованную в области клоаки. В этом органе происходит созревание и размножение популяции лимфоцитов - продуцентов антител, вследствие чего они получили название В-лимфоциты У млекопитающих этого анатомического образования нет, и его функции в полной мере выполняет костный мозг. Однако традиционное название «В-лимфоциты» сохранилось.
Костный мозг локализуется в губчатом веществе костей (эпифизы трубчатых костей, грудина, ребра и др.). В костном мозге находятся полипотентные стволовые клетки, которые являются родоначальницами всех форменных элементов крови и, соответственно, иммунокомпетентных клеток. В строме костного мозга происходит дифференцировка и размножение популяции В-лимфоцитов, которые затем разносятся по всему организму кровотоком. Здесь же образуются предшественники лимфоцитов , которые впоследствии мигрируют в тимус, - это популяция Т-лимфоцитов. Фагоциты и некоторые дендритные клетки также образуются в костном мозге. В нем можно обнаружить и плазматические клетки . Они образуются на периферии в результате терминальной дифференцировки В-лимфоцитов, а затем мигрируют назад, в костный мозг.
Вилочковая железа, или тимус , или зобная железа, располагается в верхней части загрудинного пространства. Этот орган отличает особая динамика морфогенеза. Тимус появляется в период внутриутробного развития. К моменту рождения человека его масса составляет 10-15 г, окончательно он созревает к пятилетнему возрасту, а максимального размера достигает к 10-12 годам жизни (масса 30-40 г). После периода полового созревания начинается инволюция органа - происходит замещение лимфоидной ткани жировой и соединительной.
Тимус имеет дольчатое строение. В его структуре различают мозговой и корковый слои.
В строме коркового слоя
находится большое количество эпителиальных клеток коры, названных «клетки-няньки», которые своими отростками образуют мелкоячеистую сеть, где располагаются «созревающие» лимфоциты. В пограничном, корково-мозговом слое располагаются дендритные клетки тимуса,
а в мозговом - эпителиальные клетки Предшественники Т-лимфоцитов, которые образовались из стволовой клетки в костноммозге, поступают в корковый слой тимуса.
Здесь под влиянием тимических факторов они активно размножаются и дифференцируются (превращаются) в зрелые Т-лимфоциты, а
также «учатся» распознавать чужеродные антигенные детерминанты.
Процесс «обучения» состоит из двух этапов, разделенных по месту и времени, и ивиочает «положительную» и «отрицательную » селекцию.
Положительная селекция . Суть ее заключается в «поддержке» клонов Т-лимфоцитов, рецепторы которых эффективно связались с экспрессированными на эпителиальных клетках собственными молекулами МНС, независимо от структуры инкорпорированных собственных олигопептидов. Активировавшиеся в результате контакта клетки получают от эпителиоцитов коры сигнал на выживание и размножение (ростовые факторы тимуса), а нежизнеспособные или ареактивные клетки погибают.
«Отрицательную» селекцию осуществляют дендритные клетки в пограничной, корково-мозговой зоне тимуса. Ее основная цель - «выбраковка» аутореактивных клонов Т-лимфоцитов. Клетки, позитивно реагирующие на комплекс МНС-аутологичный пептид, подвергаются уничтожению путем индукции у них апоптоза.
Итоги селекционной работы в тимусе весьма драматичны: более 99 % Т-лимфоцитов не выдерживают испытаний и погибают. Лишь менее 1 % клеток превращается в зрелые не-иммунные формы, способные распознать в комплексе с аутологичными МНС только чужеродные биополимеры. Ежесуточно около 10 6 зрелых «обученных» Т-лимфоцитов покидают тимус с крово- и лимфотоком и мигрируют в различные органы и ткани.
Созревание и «обучение» Т-лимфоцитов в тимусе имеют важное значение для формирования иммунитета. Отмечено, что эссенциальное отсутствие или недоразвитие тимуса ведет к резкому снижению эффективности иммунной защиты макроорганизма. Такое явление наблюдается при врожденном дефекте развития вилочковой железы - аплазии или гипоплазии
В КМ формир-ся ранние предшественники Т-лимфоцитов. Раньше других Т-клеточных маркеров на поверхности развивающихся клеток Т-ряда человека экспрессируется (уже на стадии проТ) CD7. Эти клетки несут также мембранный маркер CD38, свойственный многим кроветворным клеткам на промежуточных этапах развития. Их размножение поддерж-ют фактор стволовых клеток и ИЛ-7, рецепторы которых присутствуют поверхности этих клеток. Пролиферация клеток может быть вызвана ИЛ-3, 2, 9, 1 и 6. На ранних этапах незрелые бластные предшеств попадают в тимус. Все этапы диф-ки будут связаны с изменением поверхностных маркеров для т-лимфоцитов.
Т-лимфоциты – CD2+ CD3- CD4- CD8-
С начала синтезир-ся β-цепь, затем α-цепь. Происходит сборка цепей и на пов-ть выходит αβTCR CD3+ CD4+ CD8+ - кортикальные тимоциты. Чувствит. К апоптозу, кот. индуцир. кортикостероиды и и.и.
С этого мом-та начин-ся этапы положит. и отрицат. селекции Т-лимфоцитов в тимусе. Положит селекция – процесс избирательного поддержания клонов лимфоцитов, отрицат селекция – процесс устранения клонов лимфоцитов. Эти процессы приводят к коррекции первичного антигенраспознающего комплекса (поддержание клонов, кот распознают пептиды в составе «своих» мол-л МНС, и устранение полностью аутореактивных клонов).
Более ранняя по времени положит. селекция осущ-тся в глубоких слоях коры тимуса. Ее основой служит взаимодействие тимоцитов с эпителиальными клетками, несущими на поверхности молекулы МНС II класса. На этом этапе поддерживаются клоны, способные распознать как полностью аутологичные комбинации молекул МНС и пептидов, так и аутологичные молекулы МНС, модифицированные чужеродными пептидами. Основой положительной селекции является контактное взаимодействие клеток вследствие комплементарности рецептора тимоцита и молекулы МНС эпителиальной клетки. В этом взаимодействии участвуют уже упоминавшиеся пары адгезивных молекул, стабилизирующие взаимодействие.
После осущ-ия фазы положит. отбора на пов-ти кл-к выживших клонов усилив-ся экспрессия CD3-TCR и вспомогат-ых мол-л CD4 и 8. Кл-ки, претерпевшие такие измен-ия, становятся субстратом для отрицат. селекции . Она осущ-ся в мозговом слое и кортико-медуллярной зоне тимуса в процессе взаимод-ия с дендритными кл-ами, богатыми продуктами МНС I и I классов. Если распознают высокоафинно собств. пептиды – ауто АГ – то уничтожаются путем апоптоза.
В рез-те 2 фаз отбора элиминируются те клоны тимоцитов, которые несут рецепторы, специфичные к АГ, не имеющим никакого отношения к аутологичным МНС, а также к комплексам аутологичных АГ-ых пептидов с аутологичными МНС.
Субпопуляции Т-лимфоцитов, основные функции. Т-хелперы, классификация, механизмы дифференцировки. Роль в развитии иммунного ответа Тх1, Тх2, Тх17 и регуляторных Т-лимфоцитов.
Лимфоциты, попадая из КМ в тимус, дифференцируются под влиянием тимических гормонов в зрелые лимфоциты. При этом они проходят разные стадии развития. Существуют 2 основные субпопуляции Т-лимфоцитов:
– Т-хелперы αβТСRCD4+ - субпопуляция =60%. В зав-ти от того, какие цитокины продуцир-ся этими лимфоцитами в ходе развития имм. ответа выделяют: Т-хелперы 1-го типа – продуцируют γ-интерферон, интерлейкин-2, ростовой фактор β. Они активируют макрофаги, участвуют в клеточном имм. ответе, принимают участие в воспалении, в реакциях ГЗТ; Т-хелперы 2-го типа – продуцируют интерлейкин-4,5,10,21,23. способны активировать В-лимфоциты, т.о. отвечают за развитие спец. гуморальных имм. реакций, осущ-ют защиту против гельминтов, парзитов, способств. реализации всех аллергич р-ций в орг-ме; Т-хелперы 17 – продуцир-ют интерлейкин-17,36, интерлейкин-17A, F – вовл. в развитие аутоимм. заболеваний, обеспечив. защиту против бактерий, кот имеют внеклеточный цикл размножения.
Все лимфоциты формируются из наивных Т-лимфоцитов. Дифференцировку обуславливает локальное микроокружение и цитокины, кот. влияют на дифф-ку.
Для Тх1 – Интерлейкин-12, Тх2 – интерлейкин-4, Тх-17 – интерлейкин-6,23. Трегулят – трансформир. ростовой фактор β.
– Цитотоксические лимфоциты – киллерные кл-ки αβТСRCD8+ =30%.
Осуществляют распознавание и уничтожение чужеродных или собственных измененных клеток. Кл-ки-предшественники Т-киллеров распознают АГ на пов-ти кл-ок в ассоциации с мол-ами МНС I-го класса. Секретируют перфорины, гранзимы, ФНО, кот вызывают повреждение мембраны и гибель кл-ки. Тк способны синтезировать интерферон альфа, обладающий противовирусной активностью.
Получены при работе с облученными мышами, которым компенсаторно вводили костный мозг от генетически идентичных доноров и опустошенную строму тимуса от генетически идентичных или отличающихся доноров ( рис. 7.11).
Ситуация менялась, если вместо гибридного тимуса трансплантировали тимус родителей Н-2d или Н-2k. В тех случаях, когда Т-прекурсоры костного мозга колонизировали родительский тимус, формировались эффекторы цитотоксической реакции, способные разрушать клетки-мишени только того генотипа, к которому относился тимус ( рис. 7.11).
Ясно, что отсутствие соответствующих рецепторов к собственным молекулам МНС не позволяет тимоцитам пройти полный путь развития и проявить себя в цитолитической реакциии. Через 3-4 дня клетки, неспособные распознать собственные антигены, погибают в тимусе.
События, развивающиеся в тимусе при селекции клеток по их способности распознавать собственные молекулы МНС, представлены на рис. 7.12).
Завершившаяся на первом этапе реорганизация генов для альфа- и бета-цепей обеспечивает экспрессию Т-клеточного рецептора на клеточной поверхности. До окончания положительной селекции уровень экспрессии этих рецепторов незначительный, но вполне достаточный для взаимодействия с соответствующими молекулами. Поскольку реорганизация генов, контролирующих вариабельные области Т-клеточного рецептора (VDJ - для бета-цепи и VJ - для альфа-цепи), процесс случайный, то образуются самые разнообразные по специфичности рецепторы. Условно их можно разбить на три категории:
Рецепторы, которые способны взаимодействовать c молекулами MHC класса I ,
Рецепторы, которые способны взаимодействовать c молекулами MHC класса II , и
Рецепторы, которые такой способностью не обладают.
Кроме того, антигенсвязывающий центр ТКР, независимо от принадлежности к той или иной категории, имеет участок, потенциально способный взаимодействовать с экзогенным чужеродным пептидом.
На стадии умеренной экспресии Т-клеточных рецепторов тимоциты представляют собой сырой материал для отбора. В коре тимуса, обогащенной эпителиальными клетками, которые экспрессируют как молекулы I, так и II классов, происходят основные селекционные процессы. Если тимоциты обладают рецепторами, способными взаимодействовать с молекулами I или II классов, то они подвергаются дальнейшей дифференцировке. Судьба тимоцитов, чьи рецепторы не сответствуют специфичностям молекул МНС, завершается в тимусе.
Селекция тимоцитов по специфичности их рецепторов - процесс крайне жесткий. Более 90% клеток гибнет в органе и только незначительная их часть, прошедшая сито отбора (менее 5%), "обречена" на дальнейшую жизнь.
Если клетка не выдержала первичного положительного отбора, она еще некоторое время (3-4 суток) остается жизнеспособной и продолжает реорганизовывать гены альфа-цепи ТКР, представляя новые по специфичности рецепторы. Иначе, отбор не завершается на исходном сочетании альфа-бета-цепей. Клетка "стремится прийтись ко двору" посредством изменения специфичности рецепторов за счет альфа-цепей. Без этого дополнительного механизма гибель тимоцитов, не прошедших первичного отбора, была бы еще выше.
На этапе формировании клонов, способных взаимодействовать с одной из молекул МНС, процесс дифференцировки клеток не заканчивается. Тимоциты, подвергающиеся отбору, экспрессируют как CD4 , так и CD8 корецепторы. Однако как только отбор на специфичность произошел, тимоциты теряют один из корецепторов.
Во всех случаях отбор на специфичность к молекулам I класса определяет сохранение CD8 и потерю CD4.
Напротив, тимоциты прошедшие селекцию к молекулам II класса, экспрессируют CD4, и подавляют синтез CD8.
Наиболее четко корреляция фенотипических маркеров со специфичностью рецепторов показана на трансгенных мышах.
Если мышам вводили реорганизованные гены для альфа-бета-цепей ТКР со специфичностью к молекулам I класса, то все образовавшиеся зрелые Т-клетки имели фенотип T-киллеров (CD8).
В ситуации, когда специфичность касалась молекул II класса, все зрелые Т-клетки несли корецептор T-хелперов (CD4).
Коррелятивная связь корецепторов со специфичностью Т-рецепторов показана и на других экспериментальных моделях. Мутантные мыши, у которых отсутствуют молекулы II класса, не способны образовывать CD4+-лимфоциты. Введение таким мышам трансгена, кодирующего синтез молекул II класса, полностью восстанавливало формирование CD4+-клеток.
Определяющим моментом экспрессии одного из двух корецепторов в процессе созревания тимоцитов является их способность взаимодействовать с теми молекулами МНС, к которым проходит селекция:
CD4 - c молекулами II класса и
После такого распознавания завершается, наконец, путь внутритимусной дифференцировки тимоцитов с образованием T-хелперов и T-киллеров , мигрирующих на периферию.
34(часть 2)
В-лимфоциты, плазматическая клетка.
B-лимфоциты (B-клетки) - это тип лимфоцитов, обеспечивающий гуморальный иммунитет.
У взрослого человека и млекопитающих B-лимфоциты образуются в костном мозге из стволовых клеток, у эмбрионов - в печени и костном мозге.
Главная функция B-лимфоцитов (а вернее плазматических клеток, в которые они дифференцируются) - это выработка антител. Воздействие антигена стимулирует образование клона B-лимфоцитов, специфического к данному антигену. Затем происходит дифференцировка новообразованных B-лимфоцитов в плазматические клетки, вырабатывающие антитела. Эти процессы проходят в лимфоидных органах, регионарных к месту попадания в организм чужеродного антигена.
В различных органах проходит накопление клеток, продуцирующих иммуноглобулины разных классов:
в лимфоузлах и селезенке находятся клетки, продуцирующие иммуноглобулины М и иммуноглобулины G;
в пейеровых бляшках и других лимфоидных образованиях слизистых оболочек находятся клетки, продуцирующие иммуноглобулины А и Е.
Контакт с любым антигеном инициирует образование антител всех пяти классов, но после включения регуляторных процессов в специфических условиях начинают преобладать иммуноглобулины определенного класса.
В норме в организме в небольших количествах присутствуют антитела практически ко всем существующим антигенам. Антитела, полученные от матери, присутствуют в крови новорожденного.
Антителообразование в плазматических клетках, которые образуются из B-лимфоцитов, тормозит выход в дифференцировку новых B–лимфоцитов по принципу обратной связи.
Новые B-клетки не выйдут в дифференцировку, пока в данном лимфоузле не начнется гибель клеток, продуцирующих антитела, и только в случае, если в нем будет еще антигенный стимул.
Данный механизм осуществляет контроль над ограничением выработки антител до уровня, который необходим для эффективной борьбы с чужеродными антигенами.
Этапы созревания
Антигеннезависимая стадия созревания В-лимфоцитов Антигеннезависимая стадия созревания В-лимфоцитов происходит под контролем локальных клеточных и гуморальных сигналов от микроокружения пре-В-лимфоцитов и не определяется контактом с Аг. На этой стадии происходит формирование отдельных пулов генов, кодирующих синтез Ig, а также экспрессия этих генов. Однако, на цитолемме пре-В-клеток ещё нет поверхностных рецепторов - Ig, компоненты последних находятся в цитоплазме. Образование В-лимфоцитов из пре-В-лимфоцитов сопровождается появлением на их поверхности первичных Ig, способных взаимодействовать с Аг. Только на этом этапе В-лимфоциты попадают в кровоток и заселяют периферические лимфоидные органы. Сформировавшиеся молодые В-клетки накапливаются в основном в селезёнке, а более зрелые - в лимфатических узлах. Антигензависимая стадия созревания В-лимфоцитов Антигензависимая стадия развития В-лимфоцитов начинается с момента контакта этих клеток с Аг (в том числе - аллергеном). В результате происходит активация В-лимфоцитов, протекающая в два этапа: пролиферации и диффе-ренцировки. Пролиферация В-лимфоцитов обеспечивает два важных процесса: - Увеличение числа клеток, дифференцирующихся в продуцирующие AT (Ig) В-клетки (плазматические клетки). По мере созревания В-клеток и их превращения в плазматические клетки происходит интенсивное развитие бе-локсинтезирующего аппарата, комплекса Гольджи и исчезновение поверхностных первичных Ig. Вместо них продуцируются уже секретируемые (т.е. выделяемые в биологические жидкости - плазму крови, лимфу, СМЖ и др.) антигенспецифические AT. Каждая плазматическая клетка способна секретировать большое количество Ig - несколько тысяч молекул в секунду. Процессы деления и специализации В-клетки осуществляются не только под влиянием Аг, но и при обязательном участии Т-лимфоцитов-хелперов, а также выделяемых ими и фагоцитами цитокинов - факторов роста и дифференцировки; - Образование В-лимфоцитов иммунологической памяти. Эти клоны В-клеток представляют собой долгоживущие рециркулирующие малые лимфоциты. Они не превращаются в плазматические клетки, но сохраняют иммунную «память» об Аг. Клетки памяти активируются при повторной их стимуляции тем же самым Аг. В этом случае В-лимфоциты памяти (при обязательном участии Т-клеток-хелперов и ряда других факторов) обеспечивают быстрый синтез большого количества специфических AT, взаимодействующих с чужеродным Аг, и развитие эффективного иммунного ответа или аллергической реакции.
В-клеточный рецептор.
B-клеточный рецептор, или B-клеточный рецептор антигена (англ. B-cell antigen receptor, BCR) - мембранный рецептор В-клеток, специфично узнающий антиген. Фактически В-клеточный рецептор представляет собой мембранную форму антител (иммуноглобулинов), синтезируемых данным В-лимфоцитом, и имеет ту же субстратную специфичность, что и секретируемые антитела. С В-клеточого рецептора начинается цепь передачи сигнала внутрь клетки, которая в зависимости от условий может приводить к активации, пролиферации, дифференцировке или апоптозу В-лимфоцитов. Сигналы, поступающие (или не поступающие) от B-клеточного рецептора и его незрелой формы (пре-В-клеточного рецептора), оказываются критическими в созревании В-лимфоцитов и в формировании репертуара антител организма.
Помимо мембранной формы антитела, в состав B-клеточного рецепторного комплекса входит вспомогательный белковый гетеродимер Igα/Igβ (CD79a/CD79b), который строго необходим для функционирования рецептора. Передача сигнала от рецептора проходит при участии таких молекул, как Lyn, Syk, Btk, PI3K, PLCγ2 и других.
Известно, что В-клеточный рецептор играет особую роль в развитии и поддержании злокачественных В-клеточных заболеваний крови. В связи с этим большое распространение получила идея применения ингибиторов передачи сигнала от этого рецептора для лечения данных заболеваний. Несколько таких препаратов показали себя эффективными и сейчас проходят клинические испытания. Но мы про них ничего и никому не скажем. т-с-с-сс!
В1 и В2- популяции.
Выделяют две субпопуляции В-клеток: В-1 и B-2. Субпопуляцию В-2 составляют обычные В-лимфоциты, к которым относится всё сказанное выше. В-1 - это относительно небольшая группа В-клеток, обнаруживаемая у человека и мышей. Они могут составлять около 5% от общей популяции B-клеток. Такие клетки появляются в течение эмбрионального периода. На своей поверхности они экспрессируют IgM и небольшое количество (или вовсе не экспрессируют) IgD. Маркером этих клеток является CD5. Однако он не является обязательным компонентом клеточной поверхности. В эмбриональном периоде В1-клетки появляются из стволовых клеток костного мозга. В течение жизни пул B-1-лимфоцитов поддерживается за счёт активности специализированных клеток–предшественников и не пополняется за счёт клеток, происходящих из костного мозга. Клетка–предшественница отселяется из кроветворной ткани на свою анатомическую нишу - в брюшную и плевральную полости - ещё в эмбриональном периоде. Итак, место обитания B-1-лимфоцитов - прибарьерные полости.
B-1-лимфоциты значительно отличаются от B-2-лимфоцитов по антигенной специфичности продуцируемых антител. Антитела, синтезированные B-1-лимфоцитами, не имеют значительного разнообразия вариабельных участков молекул иммуноглобулинов, но, напротив, ограничены в репертуаре распознаваемых антигенов, и эти антигены - наиболее распространённые соединения клеточных стенок бактерий. Все B-1-лимфоциты - как бы один не слишком специализированный, но определённо ориентированный (антибактериальный) клон. Антитела, продуцируемые B-1-лимфоцитами, почти исключительно IgM, переключение классов иммуноглобулинов в B-1-лимфоцитах не «предусмотрено». Таким образом, B-1-лимфоциты - «отряд» противобактериальных «пограничников» в прибарьерных полостях, предназначенных для быстрой реакции на «просачивающиеся» через барьеры инфекционные микроорганизмы из числа широко распространённых. В сыворотке крови здорового человека преобладающая часть иммуноглобулинов - продукт синтеза как раз B-1-лимфоцитов, т.е. это относительно полиспецифичные иммуноглобулины антибактериального назначения.
Т-лимфоциты.
Т-лимфоциты образуют три основные субпопуляции:
1) Т-киллеры осуществляют иммунологический генетический надзор, разрушая мутированные клетки собственного организма, в том числе и опухолевые, и генетически чужеродные клетки трансплантатов. Т-киллеры составляют до 10 % Т-лимфоци-тов периферической крови. Именно Т-киллеры своим воздействием вызывают отторжение пересаженных тканей, но это и первая линия защиты организма от опухолевых клеток;
2) Т-хелперы организуют иммунный ответ, воздействуя на В-лимфоциты и давая сигнал для синтеза антител против появившегося в организме антигена. Т-хелперы секретируют интерлейкин-2, воздействующий на В-лимфоциты, и г-интерферон. Их в периферической крови до 60–70 % общего числа Т-лимфоцитов;
3) Т-супрессоры ограничивают силу иммунного ответа, контролируют активность Т-киллеров, блокируют деятельность Т-хелперов и В-лимфоцитов, подавляя избыточный синтез антител, которые могут вызывать аутоиммунную реакцию, т. е. обратиться против собственных клеток организма.
Т-супрессоры составляют 18–20 % Т-лимфоцитов периферической крови. Избыточная активность Т-суп-рессоров может привести к угнетению иммунного ответа вплоть до его полного подавления. Это бывает при хронических инфекциях и опухолевых процессах. В то же время недостаточная деятельность Т-супрес-соров приводит к развитию аутоиммунных заболеваний в связи с повышенной активностью Т-киллеров и Т-хелперов, не сдерживаемых Т-супрессо-рами. Для регулирования иммунного процесса Т-супрессоры секретируют до 20 различных медиаторов, ускоряющих или замедляющих активность Т– и В-лимфоцитов. Кроме трех основных видов, существуют и другие виды Т-лимфоцитов, в том числе Т-лимфоциты иммунологической памяти, сохраняющие и передающие информацию об антигене. При повторной встрече с этим антигеном они обеспечивают его распознавание и тип иммунологического ответа. Т-лимфоциты, выполняя функцию клеточного имму-нитета, кроме того, синтезируют и секретируют ме-диаторы (лимфокины), которые активизируют или за-медляют деятельность фагоцитов, а также медиаторы с цитотоксилогическим и интерферонопо-добным действиями, облегчая и направляя действие неспецифической системы.
Этапы созревания.
Созревание Т-лимфоцитов начинается с того, что некоторая часть лимфоидных стволовых клеток направляется в тимус, где и идет процесс созревания. В процессе дифференцировки в центральных иммунных органах стволовая клетка проходит несколько этапов без участия антигена (антигеннезависимая дифференцировка).
Пока стволовая клетка находится в костном мозге, на ней появляются структуры, указывающие, по какому пути дифференцировки (Т- или В-) она пойдет. Ранний предшественник Т-лимфоцитов имеет на своей мембране гликопротеин с молекулярной массой 3,3 104 D (ГП-33), который впоследствии соединяется с антигенраспознающим рецептором.
На втором этапе появляются незрелые предшественники Т-лимфоцитов. В этот период на мембране лимфоцитов образуются антигенраспознающие рецепторы, после этого лимфоциты способны распознавать антигены.
Для Т-лимфоцита антигенраспознающим рецептором является димерная молекула, относящаяся к суперсемейству иммуноглобулинов.
Появление на поверхности предшественников лимфоидных клеток определенных рецепторов служит сигналом, позволяющим клеткам дифференцироваться в специализированную линию лимфоцитов. Имеющие такие рецепторы клетки мигрируют в особую область центральных иммунных органов, где взаимодействуют с микроокружением, способствующим дифференцировке данной клетки. После контакта с клеткой-предшественником, в стромальных клетках локального микроокружения развиваются процессы, направленные на "обучение" клеток-предшественников для их дальнейшей дифференцировки в отдельную линию.
Позитивная и негативная селекция в тимусе.
Предшественники Т-лимфоцитов на ранних этапах дифференцировки в тимусе подвергаются позитивной и негативной селекции. Не прошедшие селекцию предшественники подвергаются апоптозу. При негативной селекции элиминируются клетки, распознающие аутоантигены. Механизмы представления аутоантигенов в тимусе до настоящего времени мало изучены, а данные о становлении этого процесса в раннем онтогенезе практически отсутствуют. В отличие от тимуса, в периферических органах и тканях иммунной системы происходит представление чужеродных антигенов, и в этом процессе участвуют иммунные протеасомы. Целью данной работы являлась проверка предположения об участии иммунных протеасом в представлении аутоантигенов в тимусе, а также изучение становления процесса негативной селекции в раннем онтогенезе. Количественную оценку экспрессии субъединиц иммунных протеасом LMP7 и LMP2 в тимусе проводили с помощью Вестерн-блоттинга в пре- и постнатальном онтогенезе у крыс. Распределение иммунных протеасом в клетках тимуса анализировали с помощью иммуногистохимии. Параллельно оценивали динамику уровня апоптоза в тимусе на тех же этапах онтогенеза с помощью проточной цитофлуориметрии. Иммуногистохимически показано, что экспрессия иммунных протеасом наблюдается не в тимоцитах, а, вероятнее всего, в эпителиальных и дендритных клетках тимуса, которые являются антиген-представляющими для Т-клеток. Этот факт дает основание полагать, что негативная селекция в тимусе происходит с участием иммунных протеасом. Обе иммунные субъединицы иммунных протеасом обнаруживаются в тимусе, начиная с 18-го эмбрионального дня (Э). Причем количество этих субъединиц на Э18 невелико и возрастает к Э21, а затем остается на том же уровне до 19-го постнатального дня (П19). В то же время, на Э18 в тимусе регистрируется высокий уровень апоптоза, который снижается к Э21 и далее остается неизменным до П30. Полученные данные свидетельствуют о том, что негативная селекция в тимусе может происходить у плодов уже на Э18, а к Э21 усиливается до уровня, характерного для постнатальных животных. Высокий уровень апоптоза, наблюдаемый на Э18 связан, по-видимому, не столько с процессами негативной селекции, сколько с активной миграцией предшественников Т-лимфоцитов в тимус накануне Э18, а, как известно, количество локусов для мигрирующих предшественников в тимусе ограничено. Таким образом, впервые была показана экспрессия иммунных протеасом в тимусе, участвующих в представлении аутоантигенов при негативной селекции, в перинатальном онтогенезе. Становление процесса негативной селекции у крыс происходит еще в пренатальном онтогенезе.
Позитивная селекция : погибают тимоциты, не связавшие ни одного из доступных комплексов MHC-пептид. В результате позитивной селекции в тимусе погибает около 90% тимоцитов.
Негативная селекция уничтожает клоны тимоцитов, связывающих комплексы MHC-пептид со слишком высокой аффинностью. Негативная селекция элиминирует от 10 до 70% клеток, прошедших позитивную селекцию.
Т-клеточный рецептор. Строение, функции. Активный центр
Т-клеточные рецепторы (англ. TCR) - поверхностные белковые комплексы Т-лимфоцитов, ответственные за распознавание процессированных антигенов, связанных с молекулами главного комплекса гистосовместимости (англ. MHC) на поверхности антиген-представляющих клеток. TCR состоит из двух субъединиц, заякоренных в клеточной мембране и ассоциирован с многосубъединичным комплексом CD3. Взаимодействие TCR с MHC и связанным с ним антигеном ведет к активации Т-лимфоцитов и является ключевой точкой в запуске иммунного ответа.
TCR представляет собой гетеродимерный белок, состоящий из двух субъединиц - α и β либо γ и δ, представленных на поверхности клетки. Субъединицы закреплены в мембране и связаны друг с другом дисульфидной связью.
По своей структуре субъединицы TCR относятся к суперсемейству иммуноглобулинов. Каждая из субъединиц образована двумя доменами с характерной иммуноглобулиновой укладкой, трансмембранным сегментом и коротким цитоплазматическим участком.
N-концевые домены являются вариабельными (V) и отвечают за связывание антигена, презентируемого молекулами главного комплекса гистосовместимости. В составе вариабельного домена содержится характерный для иммуноглобулинов гипервариабельный участок (CDR). За счет необычайного разнообразия данных участков, различные Т-клетки способны распознавать широчайший спектр различных антигенов.
Второй домен - константный (C) и его структура одинакова у всех субъединиц данного типа у конкретной особи (за исключением соматических мутаций на уровне генов любых других белков). На участке между С-доменом и трансмембранным сегментом имеется остаток цистеина, с помощью которого между двумя цепями TCR образуется дисульфидная связь.
Субъединицы TCR агрегированы с мембранным полипептидным комплексом CD3. CD3 образован четырьмя типами полипептидов - γ, δ, ε и ζ. Субъединицы γ, δ и ε кодируются тесно сцепленными генами и имеют близкую структуру. Каждая из них образована одним константным иммуноглобулиновым доменом, трансмембранным сегментом и длинной (до 40 аминокислотных остатков) цитоплазматической частью. Цепь ζ имеет маленький внеклеточный домен, трансмембранный сегмент, и большой цитоплазматический домен. Иногда вместо цепи ζ в состав комплекса входит цепь η - более длинный продукт того же гена, полученный путем альтернативного сплайсинга.
Поскольку структура белков комплекса CD3 инвариантна (не имеет вариабельных участков), они не способны определять специфичность рецептора к антигену. Распознавание является исключительно функцией TCR, а CD3 обеспечивает передачу сигнала в клетку.
Трансмембранный сегмент каждой из субъединиц CD3 содержит отрицательно заряженный аминокислотный остаток, а TCR – положительно заряженный. За счет электростатических взаимодействий они объединяются в общий функциональный комплекс Т-клеточного рецептора. На основании стехиометрических исследований и измерения молекулярной массы комплекса наиболее вероятным его составом является (αβ)2+γ+δ+ε2+ζ2.
TCR, состоящие из αβ-цепей и γδ-цепей весьма близки по структуре. Эти формы рецепторов по-разному представлены в различных тканях организма.
Структура рецептора Т-лимфоцита во многом напоминает структуру молекулы антитела. Молекулы Т-клеточных рецепторов (ТКР) состоят из двух цепей - а и р. Каждая из них содержит V- и С-домены, их структура закреплена дисульфидными связями. Вариабельные домены а- и р-цепей имеют не 3-4, как у антител, а не менее 7 гипервариабельных участков, которые формируют активный центр рецептора. За С-доменами, около мембраны, располагается шарнирная область из 20аминокислотных остатков. Она обеспечивает соединение а- и р-цепей с помощью дисульфидных связей. За шарнирной областью располагается трансмембранный гидрофобный домен из 22 аминокислотных остатков, он связан с коротким внутрицитоплазматичеким доменом из 5-16 аминокислотных остатков. Распознавание Т-клеточным рецептором представляемого антигена происходит следующим образом. Молекулы МНС классаП, как и рецепторы Т-лимфоцитов, состоят из двух полипептидных цепей - а и р. Их активный центр для связывания представляемых антигенных пептидов имеет форму «щели». Она формируется спиральными участками а- и р-цепей, соединенными на дне «щели» между собой неспиральной областью, образованной сегментами той и другой цепи. В этом центре (щели) молекула МНС присоединяет процессированный антиген и таким образом представляет его Т-клеткам (рис. 63). Активный центр Т-клеточного рецептора образуется гипервариабельными участками а- и р-цепей. Он также представляет собой своеобразную «щель», структура которой соответствует пространственной структуре представляемой молекулой МНС классаП пептидного фрагмента антигена в такой же степени, как структура активного центра молекулы антитела соответствует пространственной структуре детерминанта антигена. Каждый Т-лимфоцит несет рецепторы только для одного какого-то пептида, то есть специфичен в отношении конкретного антигена и связывает процессированный пептид только одного типа. Присоединение представляемого антигена к Т-клеточному рецептору индуцирует передачу сигнала от него на геном клетки.
Для функционирования любого ТКР необходим его контакт с молекулой CD3. Она состоит из 5субъединиц, каждая из которых кодируется своим геном. Молекулы CD3 имеют все субклассы Т-лимфоцитов. Благодаря взаимодействию Т-клеточного рецептора с молекулой CD3 обеспечиваются следующие процессы: а)вынос ТКР на поверхность мембраны Т-лимфоцита; б)придание соответствующей пространственной структуры молекуле Т-клеточного рецептора; в)прием и передача сигнала Т-клеточным рецептором после его контакта с антигеном в цитоплазму, а затем в геном Т-лимфоцита через фосфатидилинозитольный каскад с участием посредников.
В результате взаимодействия молекулы МНС классаП, несущей антигенный пептид, с рецептором Т-лимфоцита пептид как бы встраивается в «щель» рецептора, которую образуют гипервариабельные участки а- и р-цепей, контактируя при этом с той и другой цепью
Рекомбинация генов, кодирующих цепи Т-клеточного рецептора
Специфичность Т-клеток к определенным антигенам побудила также к поиску генетических механизмов, которые увеличивают многообразие их рецепторов. Многие исследователи предполагали, что гены, кодирующие рецепторы Т-клеток, построены аналогично генам антител. Однако долгое время не удавалось идентифицировать поверхностные структуры, которые обусловили способность Т-клеток распознавать антигены. В настоящее время установлено, что рецептор Т-клеток образован двумя субъединицами и напоминает Fab-фрагмент антитела.
В 1984 г. Т. Мак М. Дэвис клонировали ген, который перестраивался только в Т-клетках, но не в В-клетках. Такого гена не было в других соматических клетках, что свидетельствовало о том, что он кодирует именно те структуры, которые являются различными в разных клонах Т-лимфоцитов.
Установка нуклеотидной последовательности этих генов выявило их гомологию к генов, кодирующих синтез иммуноглобулинов. Первым клонированным геном ТКР оказался ген, кодирующий ß-цепь ТКР. Затем X. Саито и Д. Кранц клонировали гены Т-клеток, кодирующих у-цепь ТКР. Позже было идентифицировано гены, кодирующие синтез α-цепей, которые вместе с ß-цепями образуют гетеродимерний комплекс - в |-ТКР. Функциональное значение в-цепей оставалось определенное время неизвестным, пока в пределах локуса генов а-цепей не было идентифицировано гены, кодирующие б-цепи Т-клеточного рецептора. Оказалось, что у- и б-цепи образуют гетеродимерний комплекс, который является альтернативным вариантом Т-клеточного рецептора и который называют уб-ТКР. Т-клетки, экспрессируют уб -ТКР, представляют отдельную популяцию лимфоцитов, функцию которых еще окончательно не выяснено. Оказалось, что гены Т-клеточных рецепторов, как и гены иммуноглобулинов, в эмбриональном геноме также представлены значительным количеством генных сегментов, которые рекомбинируют при развитии Т-клеток. Согласно генные сегменты V, D и J кодирующих вариабельные домены ТКР, а С-сегмента - константные домены. К константного домена каждой цепи рецептора Т-клеток присоединена последовательность гидрофобных аминокислот, заякорюють его в мембране Т-клеток. Итак, рецепторы Т-клеток представлены только в мембраносвязанных форме и во время созревания Т-клеток переключения различны х С-сегментов не происходит.
Гены ТКР человека и мыши построены принципиально подобно. Они состоят из четырех локусов, кодирующих а-, ß-, у-и б-цепи Т-клеточного рецептора. В геноме человека локус генов ß-цепей ТКР размещен на 7-й хромосоме, а-цепей - на 14-й, у-цепей на 7-й хромосоме и гены б-цепей ТКР размещены в середине локуса генов а-цепей, то есть на 14-й хромосоме. Локусы генов а-и у-цепей представлены сегментами V, J и С, а следовательно, подобные по организации в генов легких цепей иммуноглобулинов. При этом локус у-цепей содержит несколько вариантов Су-сегментов, каждому из которых предшествует несколько Jy-сегментов (аналогично организации генов Х-цепей иммуноглобулинов), а локус а-цепей содержит значительное количество (около сотни) Vo-сегментов, несколько Ja -сегментов и один Са-сегмент (напоминает организацию локуса генов к-цепей иммуноглобулинов). Локусы генов ß-и б-цепей состоят из четырех кластеров генных сегментов V, D, J и С (подобно организации локуса Н-цепей иммуноглобулинов). Поэтому CDR3-perioHH ß-и ö-цепей более изменчивы, чем а-и у-цепей, поскольку место соединения трех генетических сегментов V, D и J кодирует третий гипервариабельную петлю в активных центрах ТКР.
При образовании Т-клеток, несущих в |-ТКР, сначала перестраиваются гены ß-цепи, а затем а-цепи, а в процессе образования клеток, несущих уб-ТКР, - соответственно гены б-и у-цепей. Благодаря тому, что локус генов б-цепей находится в середине локуса генов а-цепей, ни Т-клетка не может одновременно экспрессировать oß-и уб-ТКР. Кроме того, каждая цепь синтезируется только из одной пары гомологичных хромосом, т.е. при экспрессии генов ТКР происходит явление аллельных исключения.
Каждый из локусов Ig/TCR содержит определенное количество V, D и J сегментов, расположенных в определенном порядке: сначала идут повторяющиеся V-сегменты, затем D, если они есть, затем J-сегменты и константный регион (С). Часть генных сегментов является псевдогенами, большинство - функциональными генами, то есть транслируются в белок. Количество вариантов случайных комбинаций генных сегментов в процессе V(D)J рекомбинации определяет комбинативное разнообразие антигенных рецепторов лимфоцитов.
Молекулярный механизм рекомбинации всех семи локусов Ig/TCR идентичный. Эти генные перестройки происходят на ранних этапах дифференцировки лимфоцитов в костном мозге (для В-лимфоцитов) и тимусе (для Т-лимфоцитов) и представляют собой соматическую негомологичную рекомбинацию, в результате которой V, D и J генные сегменты сближаются, а промежуточная последовательность удаляется. Для локусов IGH@, TCRD, TCRB перестройка протекает в два этапа: сначала сближаются D и J сегменты, а затем происходит V-DJ соединение. Для остальных генов перестройка V-J происходит в один этап.
Популяции Т-лимфоцитов.
Среди Т-лимфоцитов различают две фенотипические субпопуляции клеток – CD4+-клeтки и СD8+-клетки. По функциональным характеристикам в популяции Т-лимфоцитов выделяют Т-хелперы гуморального иммунитета, Т-хелперы клеточного иммунитета, Т-супрессоры, Т-цитотоксические клетки. Т-хелперы гуморального и клеточного иммунитета имеют единого предшественника – ТH0-клетки, из которых они генерируются в ходе иммунного ответа.